电工技术-第五章

5.1三相电源三相交流电压是由三相交流发电机产生的,图5-1为二极三相交流发电机原理。5.1.1三相交流发电机的工作原理三相交流发电机的主要组成部分是电枢和磁极,如图5-1中的1和2所示。通常电枢是固定的,又称为定子。磁极是旋转的,又称为转子。定子包括定子铁心与绕组两部分,图5-1中定子铁心内圆周表面冲槽,槽内嵌放3个独立的匝数相同的定子绕组AX、BY和CZ,称为三相绕组。图5-2给出了A相绕组的示意图,A和X分别称为该相绕组的首端和末端。在图5-1中,若三相绕组绕向相同时,3个绕组首端A、B、C彼此相差120°,3个末端X、Y、Z也相差120°。对于第一绕组,首端、末端是任意定的。但一相绕组首端、末端规定后,其余两相绕组首端、末端就随之而定,不得再任意规定。下一页返回5.1三相电源转子由转子铁心和转子绕组构成。工作时,转子绕组通以直流电励磁,转子铁心变成电磁铁。适当选择转子铁心极面形状,并对转子绕组作适当分布,可使定子和转子之间的空气中的磁感应强度按正弦规律分布。5.1.2三相对称电动势由于三相绕组的电动势互差120°电气角度,以A相初相位为0°作参考,即以图5-1中的位置为t=0时的位置,转子旋转,可得三相绕组的感应电动势为上一页下一页返回5.1三相电源其相量为E·A、E·B、E·C

的相量如图5-3所示。上一页下一页返回5.1三相电源3个幅值相等、频率相同、相位互差120°电气角度的电动势称三相对称电动势。显然三相发电机中三相绕组的电动势是三相对称电动势。由式(5-1)与式(5-2)知:实际上,只要是如图5-3所示的3个对称相量,它们的相量和均为零。三相对称电动势中,若A相超前B相120°,B相超前C相120°,C相超前A相120°,这种相位顺序为正序或顺序,也称A-B-C相序。若A相滞后B相120°,B相滞后C相120°,C相滞后A相120°,称为逆序或负序,也称A-C-B相序。本章中所有的叙述及例题、习题均为正序。上一页下一页返回5.1三相电源5.1.3星形联结的三相电源把三相对称电动势3个末端(或首端)接成一点N,该点称为中性点或零点,从中性点(零点)引出导线称为中性线(零线),从3个首端(或末端)引出3根导线,称为相线,这就构成了图5-4所示的星形(形)联结的三相四线制的三相电源。由于三相交流发电机内阻抗很小、压降很小,端电压可看作电源的电动势,即图5-4中的U·A、U·B、U·C

就是式(5-3)中的E·A、E·B

和E·C,其相量图如图5-5所示。上一页下一页返回5.1三相电源5.1.4三角形联结的三相电源分别连接三相对称电动势的X与B、Y与C、Z与A,在连接点上引出3根线,就构成了图5-9所示的三角形(△形)联结的三相三线制的三相电源。三相交流发电机的三相绕组通常都是星形联结,只有三相变压器的三相绕组才会出现三角形联结。上一页返回5.2三相负载的星形联结和三角形联结5.2.1负载的星形联结把三相负载的一端接到一点N',并把N'点接到电源的零线上,另外3个负载端子接到电源的3根相线上,这种连接方式称为负载的星形联结。图5-10为星形联结的三相负载接到三相电源上。在图5-10中,设U·A

初相位为0°,相电压有效值为UP,三相负载电压为下一页返回5.2三相负载的星形联结和三角形联结3个相电流为上一页下一页返回5.2三相负载的星形联结和三角形联结由基尔霍夫电流定律得到零线电流为5.2.2负载的三角形联结将三相负载首尾相连,3个连接点接到三相电源的3根相线上,如图5-14所示,这种连接方式称为三角形联结。图5-14中,每相负载上的电压就是两根相线间的电压,故有上一页下一页返回5.2三相负载的星形联结和三角形联结在图5-14中设ZAB上的电压uAB的初相位为0°,三相负载的电压为则三个相电流为上一页下一页返回5.2三相负载的星形联结和三角形联结由基尔霍夫电流定律,可求得3个线电流为图5-14所示三角形联结的三相负载,虽然只接3根相线,但任一相负载阻抗发生变化甚至断开,都不会影响其余两相的电压,但该相的电流随阻抗的变化而变化,接该相负载的两根火线上的电流也将随之变化。5.2.3对称负载的星形-三角形变换在三相电路分析中,由于线路上有阻抗,常常会碰到图5-17所示电路。上一页返回5.3三相电路的功率计算和测量5.3.1三相电路的功率计算三相电路的有功功率为各相有功功率之和,无功功率为各相的无功功率的代数和(感性无功为正、容性无功为负)。当负载对称时,每相负载的有功功率为UPIPcosφ,每相负载的无功功率为UPIPsinφ,故三相功率为下一页返回5.3三相电路的功率计算和测量5.3.2三相电容的连接要提高三相电路的功率因数,可在负载电路上并接三相电容。三相电容可接成星形如图5-22a所示,也可接成三角形,如图5-22b所示。图5-22中,若负载有功功率为P,功率因数为cosφ1,要将功率因数提高到cosφ,对图5-22a,三相电容的总和为每相电容的大小为1/3C。上一页下一页返回5.3三相电路的功率计算和测量对图5-22b,三相电容的总和为每相电容大小为1/3C'。显然C为C‘的3倍,但C的耐压值为C’耐压值的1/√3。上一页下一页返回5.3三相电路的功率计算和测量5.3.3三相功率的测量对于对称负载,由于三相功率P=3UPIPcosφ,故只需测量一相功率UPIPcosφ,取其3倍即为三相总功率。对于三相三线制电路,不管负载是星形还是三角形联结,不管负载是否对称,都可用两个功率表测量三相负载的功率。两功率表的接法如图5-23所示。图中,两功率表的电流线圈流过任意两根相线电流,两个电压线圈的一端都接到未串电流线圈的相线上,所加电压为线电压。上一页下一页返回5.3三相电路的功率计算和测量图5-24为负载采用星形联结的三相三线制电路。三相瞬时功率为因为iA+iB+iC=0,故三相平均功率(即三相有功功率)为上一页下一页返回5.3三相电路的功率计算和测量图5-25为负载采用三角形联结的电路。三相瞬时功率为因为uAB+uBC+uCA=0,故三相平均功率为上一页下一页返回5.3三相电路的功率计算和测量两表计的三相功率表(又称二元功率表)的两个电压线圈(转动线圈)刚性连接,转动和指示部分共用一个线圈,指示数据为三相功率。两功率表测三相功率,所测功率P1

与P2

之和为三相功率,但任一表所测功率P1

或P2

没有任何意义,它们各自不表示电路任何部分的功率。对于星形联结的三相不对称负载,零线不能断开,因此必须采用三相四线制供电。这时用3个功率表分别测量三相功率PA、PB和PC,则P=PA+PB+PC所以通常用三元功率表测量三相四线制电路的功率。上一页返回图5-1二极三相交流发电机原理图返回图5-2A相绕组及其电动势返回图5-3三相对称电动势相量图返回图5-4星形联结的三相电源返回图5-5星形三相电源相、线电压相量图返回图5-9三角形联结的三相电源返回图5-10Y形联结的三相负载返回图5-11三相交流电动机接线图返回图5-1